JP5009673B2 - モータ制御装置とそれを用いた電動工具 - Google Patents

Description

本発明は、モータ制御装置に関する。特に、モータの回転速度を目標回転速度に調節するモータ制御装置に関する。

特許文献１に、ブラシレスモータの制御装置が開示されている。この制御装置は、第１パルス幅変調回路と第２パルス幅変調回路と論理積回路を備えている。第１パルス幅変調回路は、目標回転速度に応じた第１パルス幅のオン信号を、第１キャリア周波数の頻度で繰り返し出力する。第２パルス幅変調回路は、目標回転速度に応じた第１パルス幅と異なる第２パルス幅のオン信号を、第１キャリア周波数よりも低い第２キャリア周波数の頻度で繰り返し出力する。論理積回路は、第１パルス幅変調回路が出力するオン信号列と、第２パルス幅変調回路が出力するオン信号列を入力し、それらの論理積である第３のオン信号列を出力する。そして、論理積回路が出力するオン信号列に従ってモータに電圧を断続的に印加し、モータに供給する電力を調節することによって、モータの回転速度を目標回転速度に調節する。

特許文献１に記載の制御装置のように、２つのパルス幅変調回路を有する制御装置によると、２つのパルス幅変調回路が出力するオン信号のパルス幅をそれぞれ変化させることによって、論理積回路が出力するオン信号列のデューティ比（全期間に対してオン信号を出力する期間の割合）を様々に変化させることができる。例えば特許文献１の制御装置では、検出されたモータの実際回転速度が所定の閾値速度未満の場合、第１パルス幅変調回路が出力するオン信号のパルス幅（第１パルス幅）を所定幅に固定し、第２パルス幅変調回路が出力するオン信号のパルス幅（第２パルス幅）を変化させる。この場合、論理積回路は、第１パルス幅変調回路が出力するオン信号列を、第２パルス幅変調回路が出力するオン信号に同期して間欠的に出力する。それにより、論理積回路が出力する各オン信号のパルス幅を所定幅に固定したままで、論理積回路が出力するオン信号列のデューティ比をさらに小さくすることができる。

実開平３−１１３９７号公報

特許文献１に記載の制御装置では、検出されたモータの実際回転速度が閾値速度未満の場合、モータの目標回転速度にかかわらず、第１パルス幅変調回路が出力するオン信号のパルス幅（第１パルス幅）が所定幅に固定される。そのことから、モータの実際回転速度が閾値速度未満であれば、目標回転速度がいかに高く設定されている場合でも、オン信号のパルス幅が所定幅に固定されてしまう。例えば、比較的に高速の目標回転速度でモータを制御している際に、モータに大きな負荷トルクが加えられて、モータの実際回転速度が閾値速度未満まで低下する場合がある。この場合、特許文献１に記載の制御装置は、オン信号のパルス幅（第１パルス幅）を所定幅に固定してしまう。その結果、モータに供給する電力が無用に制限されてしまうことから、モータの回転速度がさらに低下することもある。特許文献１に記載の制御装置では、モータの回転速度を指示された目標回転速度に正しく調節することができないことがある。
本発明は、上記の問題を解決する。本発明は、２つのパルス幅変調回路を利用するモータ制御装置において、モータの回転速度を指示された目標回転速度に正しく調節することができる技術を提供する。

本発明は、モータの回転速度を目標回転速度に調節するモータ制御装置に具現化される。このモータ制御装置は、指示されたモータの目標回転速度と検出されたモータの実際回転速度の速度偏差に基づいて目標回転速度を修正した修正目標回転速度を設定する速度処理部と、修正目標回転速度に応じた第１パルス幅のオン信号を第１キャリア周波数の頻度で繰り返し出力する第１パルス幅変調回路と、修正目標回転速度に応じた第１パルス幅と異なる第２パルス幅のオン信号を、第１キャリア周波数よりも低い第２キャリア周波数の頻度で繰り返し出力する第２パルス幅変調回路と、第１パルス幅変調回路が出力するオン信号列と、第２パルス幅変調回路が出力するオン信号列を入力し、それらの論理積である第３のオン信号列を出力する論理積回路と、論理積回路が出力する第３のオン信号列に同期して、モータに電圧を断続的に印加する電圧印加回路を備えている。

この制御装置は、指示されたモータの目標回転速度を、検出されたモータの実際回転速度との速度偏差に基づいて修正する。そして、修正後の目標回転速度に基づいて、２つのパルス幅変調回路が出力するオン信号のパルス幅をそれぞれ決定する。それにより、それぞれのパルス幅変調回路が出力するオン信号のパルス幅を、目標回転速度と実際回転速度の両者を加味して適切に設定することができる。例えばモータに負荷トルクが加えられ、モータの実際回転速度が大幅に低下した場合には、モータに供給する電力を速やかに増大させることによって、モータの回転速度を目標回転速度まで上昇させることができる。
この制御装置によると、モータに供給する電力を無用に制限することがなく、モータの回転速度を指示された目標回転速度に正しく調節することができる。

上記した制御装置では、前記速度処理部が、前記第２パルス幅変調回路がオン信号を出力しない期間に検出された実際回転速度を用いて、前記修正目標回転速度を設定することが好ましい。
第２パルス幅変調回路がオン信号を出力しない期間は、論理積回路がオン信号を出力しない期間となり、モータへの電力供給が停止される期間となる。モータへの電力供給が停止された期間では、モータの回転速度が低下しやすく、大きな負荷トルクが加えられればモータは停止してしまうこともある。このとき、第２パルス幅変調回路がオン信号を出力しない期間にモータの実際回転速度を検出し、検出された実際回転速度を用いて修正目標回転速度を設定することによって、モータの回転速度が過剰に低下するのを防止することができる。

上記した制御装置では、前記速度処理部が、前記第２キャリア周波数と同期するタイミングで検出された実際回転速度を用いて、前記修正目標回転速度を設定することが好ましい。
第２パルス幅変調回路がオン信号を出力している期間はモータに電力が供給され、第２パルス幅変調回路がオン信号を出力しない期間はモータに電力が供給されない。そのことから、第２パルス幅変調回路が出力するオン信号列に同期して、即ち、第２パルス幅変調回路のキャリア周波数（第２キャリア周波数）に同期して、モータの回転速度は脈動しやすい。このとき、第２キャリア周波数と同期するタイミングで実際回転速度を検出すると、モータの回転速度に生じている脈動に起因する検出誤差を排除することができる。そして、そのように検出された実際回転速度を用いることによって、モータの回転速度に生じている脈動の影響を過剰に受けることなく、目標回転速度を正しく修正することができる。

上記した制御装置では、前記速度処理部が、先に設定した修正目標回転速度に応じて、前記速度偏差に対する目標回転速度の修正量を変更することが好ましい。
各パルス幅変調回路が出力するオン信号のパルス幅は、速度処理部が先に設定した修正目標回転速度に応じて設定されている。従って、速度偏差に対する目標回転速度の修正量を先に設定した修正目標回転速度に応じて変更することは、速度偏差に対する目標回転速度の修正量を各パルス幅変調回路が出力しているオン信号のパルス幅に応じて変更することに相当する。この制御装置によると、例えば、第２パルス幅変調回路が出力するオン信号のパルス幅（第２パルス幅）が小さい場合には、速度偏差に対する目標回転速度の修正量を大きくするといったことが可能となる。

上記した制御装置では、前記第２パルス幅変調回路が、前記修正目標回転速度が所定の閾値速度未満であれば修正目標回転速度に比例するパルス幅のオン信号を出力し、前記修正目標回転速度が前記閾値速度以上であればオン信号を常に出力することが好ましい。この場合、前記速度処理部は、前記速度偏差に対する目標回転速度の修正量を、先に設定した修正目標回転速度が前記閾値速度未満の時には大きく、先に設定した修正目標回転速度が前記所定回転速度以上の時には小さくすることが好ましい。
この制御装置では、修正目標回転速度が所定の閾値速度未満の時に、第２パルス幅変調回路がオン信号を断続的に出力し、モータへの電力供給を制限する。第２パルス幅変調回路がオン信号を出力しない期間では、モータへの電力供給が比較的に停止されることから、モータの回転速度が低下しやすい。また、大きな負荷トルクが加えられれば、モータは停止してしまうこともある。このとき、前記速度偏差に対する目標回転速度の修正量を大きくすると、モータの回転速度が過剰に低下するのを防止することができる。

本発明により、２つのパルス幅変調回路を利用するモータ制御装置において、モータに供給する電力を適切に調節し、モータの回転速度を指示された目標回転速度に正しく調節することができる。特に、モータに大きな負荷トルクが加えられ、モータの回転速度が大幅に低下した場合でも、モータの回転速度を指示された目標回転速度に速やかに復帰させることができる。

最初に、以下に説明する実施例の主要な特徴を列記する。
（特徴１） 第１パルス幅変調回路は、目標回転速度が閾値速度未満であれば出力するオン信号のパルス幅（第１パルス幅）を一定に維持し、目標回転速度が閾値速度以上であれば出力するオン信号のパルス幅を目標回転速度に応じて変化させる。
（特徴２） 第２パルス幅変調回路は、目標回転速度が閾値速度未満であれば出力するオン信号のパルス幅（第２パルス幅）を目標回転速度に応じて変化させ、目標回転速度が閾値速度以上であれば出力するオン信号のパルス幅を一定（例えば１００パーセント、即ち、常にオン信号を出力する）に維持する。
（特徴３） モータ制御装置は、モータの目標回転速度を設定する速度指令手段を備えている。
（特徴４） 第１パルス幅変調回路のキャリア周波数は３キロヘルツ以上であり、第２パルス幅変調回路のキャリア周波数は１キロヘルツ以下である。

本発明を実施した電動ドライバについて図面を参照しながら説明する。電動ドライバは、電動工具の一種であり、ネジ類の締付作業に用いられる。本実施例の電動ドライバは、インパクト方式の電動ドライバ（電動インパクトドライバ）である。
図１は、電動ドライバ１０の構成を示す側方断面図である。図１に示すように、電動ドライバ１０は、本体１２と、本体１２に着脱可能に取付けられている電池パック５０を備えている。本体１２は、概して、略円柱形状の胴体部１４と、胴体部１４の側方に伸びるグリップ部１６を備えている。電池パック５０は、グリップ部１６の先端に取付けられている。

本体１２の胴体部１４には、回転可能に支持されている工具チャック２２と、工具チャック２２に接続されているインパクト機構２４と、インパクト機構２４に接続されている減速機２６と、減速機２６に接続されているモータ３２が内蔵されている。工具チャック２２は、胴体部１４の一端（図１中の右側）から突出しており、ドライバビット（図示省略）を着脱することができる。モータ３２は、減速機２６とインパクト機構２４を介して工具チャック２２に接続されており、ドライバビットが装着された工具チャック２２を回転させる。このとき、モータ３２の回転トルクは減速機２６によって増幅される。モータ３２は、三相モータである。
また、本体１２の胴体部１４には、モータ３２の回転位置（回転角）を検出する位置検出センサ３４が設けられている。位置検出センサ３４は、モータ３２の回転子に固定されているマグネット３４ａと、マグネット３４ａの位置を検出するセンサ基板３４ｂを備えている。

本体１２のグリップ部１６には、利用者が操作するためのトリガスイッチ２８と、トリガスイッチ２８に加えられた操作に応じてモータ３２の動作を制御する制御基板３０が設けられている。トリガスイッチ２８は、モータ３２を起動／停止させるための操作部であるとともに、モータ３２の回転速度を調節するための操作部でもある。利用者がトリガスイッチ２８のトリガ部材２８ａを操作するとモータ３２が回転を開始し、利用者がトリガ部材２８ａを戻すとモータ３２の回転が中止されるようになっている。また、利用者がトリガ部材２８ａを大きく操作するとモータ３２は高速で回転し、利用者がトリガ部材２８ａを小さく操作するとモータ３２は低速で回転するようになっている。

図２は、電動ドライバ１０の電気的な構成を示すブロック図である。図２に示すように、電動ドライバ１０は、速度指令部１０２と、速度処理部１０６と、第１パルス幅変調（ＰＷＭ）回路１１０と、第２パルス幅変調（ＰＷＭ）回路１２０と、論理積回路（ＡＮＤ回路）１３０と、ドライバ回路１３２と、電圧印加回路１３４を備えている。速度処理部１０６と第１パルス幅変調回路１１０と第２パルス幅変調回路１２０と論理積回路１３０は、マイクロコンピュータ１０４を用いて構成されている。また、マイクロコンピュータ１０４とドライバ回路１３２と電圧印加回路１３４は、制御基板３０に設けられている。

速度指令部１０２は、主にトリガスイッチ２８によって構成されている。速度指令部１０２は、トリガ部材２８ａに加えられた操作量に応じて、モータ３２の目標回転速度Ｒａを決定する。そして、速度指令部１０２は、決定した目標回転速度Ｒａを、速度処理部１０６へ教示する。
速度処理部１０６は、速度指令部１０２から目標回転速度Ｒａを入力するとともに、位置検出センサ３４の出力信号に基づいてモータ３２の実際回転速度Ｒｄを検出する。そして、速度処理部１０６は、目標回転速度Ｒａと実際回転速度Ｒｄの差異に基づいて、目標回転速度Ｒａを修正した修正目標回転速度Ｒｂを設定する。具体的には、目標回転速度Ｒａと実際回転速度Ｒｄの差分値（速度偏差）Ｒａ−ＲｄにフィードバックゲインＧを乗じ、その乗算値Ｇ・（Ｒａ−Ｒｄ）を目標回転速度Ｒａに加算することによって、修正目標回転速度Ｒｂを得る。即ち、Ｒｂ＝Ｒａ＋Ｇ・（Ｒａ−Ｒｄ）の関係が成立する。速度処理部１０６が設定した修正目標回転速度Ｒｂは、第１パルス幅変調回路１１０と第２パルス幅変調回路１２０に入力される。

第１パルス幅変調回路１１０は、第１キャリア信号生成部１１２と第１デューティ比設定部１１４と第１オン信号生成部１１６を備えている。第１キャリア信号生成部１１２は、第１キャリア周波数で変動する第１キャリア信号（のこぎり波）ｆａを生成する。ここで、第１キャリア周波数は特定の値に限定されないが、第１キャリア周波数が１キロヘルツから３キロヘルツの間の値であると、ドライブ回路１３２や電圧印加回路１３４が不快な音質のノイズ音を発生する。そのことから、第１キャリア周波数は、１キロヘルツ以下、又は３キロヘルツ以上とすることが好ましい。特に、第１キャリア周波数を５００ヘルツ以下、又は５キロヘルツ以上とすると、不快な音質のノイズ音を顕著に抑制することができる。本実施例では、第１キャリア周波数を１０キロヘルツとしている。第１キャリア周波数を１０キロヘルツ以上とすることによって、人が聴覚可能なノイズ音の発生をほぼ完全に防止することができる。

第１デューティ比設定部１１４は、修正目標回転速度Ｒｂに応じて、第１デューティ比Ｄａを設定する。図３は、第１デューティ比設定部１１４が修正目標回転速度Ｒｂに対して設定する第１デューティ比Ｄａを示している。図３に示すように、修正目標回転速度Ｒｂが閾値速度Ｒ１未満の場合、第１デューティ比設定部１１４は第１デューティ比Ｄａを所定の下限値Ｄ１に設定する。即ち、修正目標回転速度Ｒｂにかかわらず、第１デューティ比Ｄａは下限値Ｄ１に維持される。一方、修正目標回転速度Ｒｂが閾値速度Ｒ１以上の場合、第１デューティ比設定部１１４は修正目標回転速度Ｒｂに比例するように第１デューティ比Ｄａを設定する。即ち、第１デューティ比Ｄａは、下限値Ｄ１以上の範囲で、修正目標回転速度Ｒｂに比例するように変化する。
第１オン信号生成部１１６は、主に、差分増幅回路によって構成されており、第１キャリア信号ｆａと第１デューティ比Ｄａを入力し、両者の大小関係に対応する二値化信号を出力する。それにより、第１オン信号生成部１１６は、パルス状のオン信号Ｐａを第１キャリア周波数の頻度で繰り返し出力することができる。

図５（ａ）と図６（ａ）に、第１パルス幅変調回路１１０が出力するオン信号列Ｐａを例示する。図５（ａ）は修正目標回転速度Ｒｂが閾値速度Ｒ１以上の場合におけるオン信号列Ｐａを示しており、図６（ａ）は修正目標回転速度Ｒｂが閾値速度Ｒ１未満の場合におけるオン信号列Ｐａを示している。
図５（ａ）に示すように、修正目標回転速度Ｒｂが閾値速度Ｒ１以上の場合、第１パルス幅変調回路１１０は、パルス状のオン信号を第１キャリア周期Ｔａ毎に繰り返し出力する。ここで、第１キャリア周期Ｔａは、第１キャリア周波数に対応する周期であり、第１キャリア周波数の逆数である。第１パルス幅変調回路１１０が出力するオン信号Ｐａのパルス幅（以下、単に第１パルス幅と称する）ｔａは、第１キャリア周期Ｔａと第１デューティ比Ｄａとの積であり、第１デューティ比Ｄａに応じて変化する。修正目標回転速度Ｒｂが閾値速度Ｒ１以上の場合、修正目標回転速度Ｒｂが大きいほど、第１パルス幅ｔａも大きくなる。そして、修正目標回転速度Ｒｂが十分に大きい場合、第１デューティ比Ｄａが１に設定されることから、第１パルス幅ｔａは第１キャリア周期Ｔａに等しくなる。この場合、第１パルス幅変調回路１１０は、オン信号を出力し続けることになる。

図６（ａ）に示すように、修正目標回転速度Ｒｂが閾値速度Ｒ１未満の場合、第１パルス幅変調回路１１０は、パルス状のオン信号を第１キャリア周期Ｔａ毎に繰り返し出力する。このとき、第１デューティ比Ｄａは下限値Ｄ１に固定されているので、第１パルス幅ｔａも所定の下限幅に固定される。この下限幅は、第１キャリア周期Ｔａと第１デューティ比Ｄａの積に等しい。修正目標回転速度Ｒｂが非常に小さな値であっても、第１パルス幅ｔａが過剰に小さくなることはない。

図２に示すように、第２パルス幅変調回路１２０は、第２キャリア信号生成部１２２と第２デューティ比設定部１２４と第２オン信号生成部１２６を備えている。第２キャリア信号生成部１２２は、第１キャリア周波数よりも低い第２キャリア周波数で変動する第２キャリア信号（のこぎり波）ｆｂを生成する。先に説明した第１キャリア周波数と同様に、第２キャリア周波数は特定の値に限定されないが、第２キャリア周波数が１キロヘルツから３キロヘルツの間の値であると、ドライブ回路１３２や電圧印加回路１３４が不快な音質のノイズ音を発生する。そのことから、第２キャリア周波数は、１キロヘルツ以下、又は３キロヘルツ以上とすることが好ましい。特に、第２キャリア周波数を５００ヘルツ以下、又は５キロヘルツ以上とすると、不快な音質のノイズ音を顕著に抑制することができる。ここで、第１キャリア周波数を５キロヘルツ以上とし、第２キャリア周波数を５００ヘルツ以下とすることによって、第１キャリア周波数と第２キャリア周波数に十分な周波数差を与えることができる。本実施例では、第２キャリア周波数を１００ヘルツとしている。第２キャリア周波数を１００ヘルツ以下とすることによって、利用者が聴覚可能なノイズ音の発生をほぼ完全に防止することができる。

第２デューティ比設定部１２４は、修正目標回転速度Ｒｂに応じて、第２デューティ比Ｄｂを設定する。図４は、第２デューティ比設定部１２４が修正目標回転速度Ｒｂに対して設定する第２デューティ比Ｄｂを示している。図４に示すように、修正目標回転速度Ｒｂが閾値速度Ｒ１以上の場合、第２デューティ比設定部１２４は、第２デューティ比Ｄｂを１に設定する。一方、修正目標回転速度Ｒｂが閾値速度Ｒ１未満の場合、第２デューティ比設定部１２４は、修正目標回転速度Ｒｂに比例するように、第２デューティ比Ｄｂを設定する。即ち、第２デューティ比Ｄｂは、１未満の範囲で修正目標回転速度Ｒｂに比例するように変化する。
第２オン信号生成部１２６は、主に、差分増幅回路によって構成されており、第２キャリア信号ｆｂと第２デューティ比Ｄｂを入力し、両者の大小関係に対応する二値化信号を出力する。それにより、第２オン信号生成部１２６は、パルス状のオン信号Ｐｂを第２キャリア周波数の頻度で繰り返し出力することができる。

図５（ｂ）と図６（ｂ）に、第２パルス幅変調回路１２０が出力するオン信号列Ｐｂを例示する。図５（ｂ）は修正目標回転速度Ｒｂが閾値速度Ｒ１以上の場合におけるオン信号列Ｐｂを示しており、図６（ｂ）は修正目標回転速度Ｒｂが閾値速度Ｒ１未満の場合におけるオン信号列Ｐｂを示している。
図５（ｂ）に示すように、修正目標回転速度Ｒｂが閾値速度Ｒ１以上の場合、第２デューティ比Ｄｂが１に設定されることから、第２パルス幅変調回路１２０はオン信号Ｐｂを出力し続ける。

一方、図６（ｂ）に示すように、修正目標回転速度Ｒｂが閾値速度Ｒ１未満の場合、第２パルス幅変調回路１２０は、パルス状のオン信号Ｐｂを第２キャリア周期Ｔｂ毎に繰り返し出力する。ここで、第２キャリア周期Ｔｂは、第２キャリア周波数に対応する周期であり、第２キャリア周波数の逆数である。第２パルス幅変調回路１２０が出力するオン信号Ｐｂのパルス幅（以下、単に第２パルス幅と称する）ｔｂは、第２キャリア周期Ｔｂと第２デューティ比Ｄｂとの積であり、第２デューティ比Ｄａに応じて変化する。修正目標回転速度Ｒｂが閾値速度Ｒ１未満の場合、修正目標回転速度Ｒｂが小さいほど、第２パルス幅ｔｂも小さくなる。ただし、第２キャリア周期Ｔｂは第１キャリア周期Ｔａよりも十分に長いことから、通常、第２パルス幅ｔｂは第１パルス幅ｔａよりも十分に広くなる。ただし、修正目標回転速度Ｒｂが非常に小さい場合、第２パルス幅ｔｂも非常に小さくなり、第２パルス幅ｔｂが第１パルス幅ｔａと同じパルス幅となることもある。

図３に示すように、第１パルス幅変調回路１１０が出力するオン信号列Ｐａと、第２パルス幅変調回路１２０が出力するオン信号列Ｐｂは、論理積演算回路１３０に入力される。論理積演算回路１３０は、両方のパルス幅変調回路１１０、１２０からオン信号列Ｐａ、Ｐｂを入力し、それらの論理積である第３のオン信号列Ｐｃを出力する。即ち、論理積演算回路１３０は、両方のパルス幅変調回路１１０、１２０からオン信号列Ｐａ、Ｐｂが同時に入力されている期間だけ、オン信号Ｐｃを出力する。論理積演算回路１３０が出力したオン信号列Ｐｃは、ドライバ回路１３２に入力される。

図５（ｃ）と図６（ｃ）に、論理積演算回路１３０が出力するオン信号列Ｐｃを例示する。図５（ｃ）は修正目標回転速度Ｒｂが閾値速度Ｒ１以上の場合におけるオン信号列Ｐｃを示しており、図６（ｃ）は修正目標回転速度Ｒｂが閾値速度Ｒ１未満の場合におけるオン信号列Ｐｃを示している。
図５（ｃ）に示すように、修正目標回転速度Ｒｂが閾値速度Ｒ１以上の場合、論理積演算回路１３０が出力するオン信号列Ｐｃは、第１パルス幅変調回路１１０が出力するオン信号列Ｐａと等しくなる。即ち、修正目標回転速度Ｒｂが閾値速度Ｒ１以上の場合、論理積演算回路１３０は、修正目標回転速度Ｒｂに比例する第１パルス幅ｔａのオン信号Ｐｃを、第１キャリア周期Ｔａ毎に繰り返し出力する。この場合、論理積演算回路１３０が出力するオン信号列Ｐｃのデューティ比Ｄｃは、第１デューティ比Ｄａ＝ｔａ／Ｔａに等しくなる。

一方、図６（ｃ）に示すように、修正目標回転速度Ｒｂが閾値速度Ｒ１未満の場合、論理積演算回路１３０が出力するオン信号列Ｐｃは、第２パルス幅変調回路１２０がオン信号Ｐｂを出力している期間（第２パルス幅ｔｂ）だけ、第１パルス幅変調回路１１０が出力するオン信号列Ｐａと等しくなる。ここで、第１パルス幅ｔａは修正目標回転速度Ｒｂにかかわらず一定であり、第２パルス幅ｔｂは修正目標回転速度Ｒｂに比例して変化する。論理積演算回路１３０が出力するオン信号列Ｐｃのデューティ比Ｄｃは、第１デューティ比Ｄａと第２デューティ比Ｄｂの積Ｄａ・Ｄｂに等しくなり、第１デューティ比Ｄａの下限値Ｄ１よりも小さくなる。オン信号Ｐｃのパルス幅を所定の下限幅以上に維持しながら、そのデューティ比Ｄｃが非常に小さなオン信号Ｐｃを生成することができる。

論理積演算回路１３０が出力するオン信号列Ｐｃは、ドライバ回路１３２を介して電圧印加回路１３４に入力される。電圧印加回路１３４は、いわゆるインバータ回路であり、モータ３２のＵ、Ｖ、Ｗ相のそれぞれを電池パック５０の正極、負極のそれぞれにスイッチング素子を介して接続している。ドライバ回路１３２は、位置検出センサ３４の出力信号に基づいて導通すべきスイッチング素子を決定し、そのスイッチング素子へ論理積演算回路１３０からのオン信号列Ｐｃを出力する。それにより、モータ３２のＵ、Ｖ、Ｗ相は電池パック５０の正極又は負極に選択的に接続され、電池パック５０の電圧が論理積演算回路１３０からのオン信号列Ｐｃに同期してモータ３２に断続的に印加される。このとき、ドライバ回路１３２や電圧印加回路１３４は、不快なノイズ音を発生することなく動作する。先に説明したように、論理積演算回路１３０が出力するオン信号列Ｐｃのパルス幅は、修正目標回転速度Ｒｂが非常に小さい場合でも、第１デューティ比Ｄａの下限値Ｄ１に対応するパルス幅以上に維持される。従って、電圧印加回路１３４やドライバ回路１３２や論理積演算回路１３０は、論理積演算回路１３０が出力するオン信号列Ｐｃに十分に追従して動作することができる。
モータ３２は、電池パック５０から電力の供給を受けて回転する。モータ３２に供給される電力は、論理積演算回路１３０が出力するオン信号列Ｐｃのデューティ比Ｄｃに応じて変化する。

モータ３２が回転している間、速度処理部１０６は、目標回転速度Ｒａと実際回転速度Ｒｄとの差異に基づいて、修正目標回転速度Ｒｂを刻々と更新していく。それにより、モータ３２の実際回転速度Ｒｄは、目標回転速度Ｒａとなるようにフィードバック制御される。
しかしながら、図７に示すように、修正目標回転速度Ｒｂが閾値速度Ｒ１以下の低速運転時では、論理積演算回路１３０が出力するオン信号列Ｐｃに同期して、モータ３２の実際回転速度Ｒｄは脈動する。詳しくは、論理積演算回路１３０がオン信号列Ｐｃを出力する期間、即ち、第２パルス幅変調回路１２０がオン信号Ｐｂを出力する期間ｔｂでは、電池パック５０からの電力がモータ３２に供給されることによって、モータ３２の実際回転速度Ｒｄは増大する。一方、論理積演算回路１３０がオン信号列Ｐｃを出力しない期間、即ち、第２パルス幅変調回路１２０がオン信号Ｐｂを出力しない期間では、電池パック５０からの電力がモータ３２に供給されないことから、モータ３２の実際回転速度Ｒｄは低下する。このとき、モータ３２に大きな負荷が加えられていると、モータ３２の回転が停止してしまうこともある。

そのことから、速度処理部１０６は、先に算出した修正目標回転速度Ｒｂが閾値速度Ｒ１未満の場合、第２パルス幅変調回路１２０がオン信号Ｐｂを出力しない期間に入力された位置検出センサ３４の出力信号のみを有効値としてモータ３２の実際回転速度Ｒｄを検出し、次の修正目標回転速度Ｒｂを設定する。それにより、モータ３２を低速運転させる場合でも、平均回転速度よりも低い回転速度を検出してフィードバック量を調整することができるため、モータ３２を停止させることなく安定した速度で回転させることができる。
また、図７（ｂ）に示すように、速度処理部１０６は、実際回転速度Ｒｄを検出するタイミングを、第２パルス幅変調回路１２０の第２キャリア周波数と同期させる。即ち、実際回転速度Ｒｄを検出する時間間隔を、第２キャリア周波数Ｔｂに等しくする。それにより、実際回転速度Ｒｄの脈動に起因する検出誤差を排除することができる。モータ３２を低速運転させる場合でも、モータ３２を停止させることなく安定した速度で回転させることができる。

さらに、速度処理部１０６は、先に算出した修正目標回転速度Ｒｂに応じて、修正目標回転速度Ｒｂを算出するためのフィードバックゲインＧを変更する。図８に示すように、先に算出した修正目標回転速度Ｒｂが閾値速度Ｒ１以上の場合、速度処理部１０６はフィードバックゲインＧを所定の第１ゲイン値Ｇ１に設定する。一方、先に算出した修正目標回転速度Ｒｂが閾値速度Ｒ１未満の場合、速度処理部１０６はフィードバックゲインＧを第１ゲイン値Ｇ１よりも小さい第２ゲイン値Ｇ２に設定する。即ち、第２パルス幅変調回路１２０が第２デューティ比Ｄｂを１未満に設定し、電池パック５０からモータ３２への供給電力が大きく制限される場合には、より大きなフィードバックゲインＧを使用する。それにより、モータ３２を低速運転させる場合でも、モータ３２を停止させることなく安定した速度で回転させることができる。なお、バックゲインＧは、修正目標回転速度Ｒｂに応じてさらに多段階に変化させてもよいし、修正目標回転速度Ｒｂに応じて連続的に変化させてもよい。いずれにしても、修正目標回転速度Ｒｂが小さい時ほど、大きなフィードバックゲインＧを使用するとよい。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

電動ドライバの側方断面図。 電動ドライバの電気的な構成を示すブロック図。 修正目標回転速度と第１デューティ比の関係を示すグラフ。 修正目標回転速度と第２デューティ比の関係を示すグラフ。 修正目標回転速度が閾値以上の場合において、第１パルス幅変調回路が出力するオン信号列Ｐａと、第２パルス幅変調回路が出力するオン信号列Ｐｂと、論理積回路が出力するオン信号列Ｐｃを対応付けて示す図。 修正目標回転速度が閾値未満の場合において、第１パルス幅変調回路が出力するオン信号列Ｐａと、第２パルス幅変調回路が出力するオン信号列Ｐｂと、論理積回路が出力するオン信号列Ｐｃを対応付けて示す図。 修正目標回転速度が閾値以上の場合において、論理積回路が出力するオン信号列Ｐｃとモータの実際回転速度Ｒｄを対応付けて示す図。 修正目標回転速度とフードバックゲインの関係を示す図。

符号の説明

１０・・電動ドライバ
１２・・本体
１４・・胴体部
１６・・グリップ部
２２・・工具チャック
３０・・制御基板
３２・・モータ
５０・・電池パック
１０２・・速度指令部
１０４・・マイクロコンピュータ
１０６・・速度処理部
１１０・・第１パルス幅変調回路
１１２・・第１発振部
１１４・・第１デューティ比設定部
１１６・・第１オン信号生成部
１２０・・第２パルス幅変調回路
１２２・・第２発振部
１２４・・第２デューティ比設定部
１２６・・第２オン信号生成部
１３０・・論理積回路
１３２・・ドライバ回路
１３４・・電圧印加回路

Claims (5)

1. モータの回転速度を目標回転速度に調節するモータ制御装置であって、
   指示されたモータの目標回転速度と検出されたモータの実際回転速度の速度偏差に基づいて、目標回転速度を修正した修正目標回転速度を設定する速度処理部と、
   修正目標回転速度に応じた第１パルス幅のオン信号を、第１キャリア周波数の頻度で繰り返し出力する第１パルス幅変調回路と、
   修正目標回転速度に応じた第１パルス幅と異なる第２パルス幅のオン信号を、第１キャリア周波数よりも低い第２キャリア周波数の頻度で繰り返し出力する第２パルス幅変調回路と、
   第１パルス幅変調回路が出力するオン信号列と、第２パルス幅変調回路が出力するオン信号列を入力し、それらの論理積である第３のオン信号列を出力する論理積回路と、
   論理積回路が出力する第３のオン信号列に同期して、モータに電圧を断続的に印加する電圧印加回路とを備え、
   前記速度処理部は、前記第２パルス幅変調回路がオン信号を出力しない期間に検出された実際回転速度を用いて、前記修正目標回転速度を設定することを特徴とするモータ制御回路。
2. モータの回転速度を目標回転速度に調節するモータ制御装置であって、
   指示されたモータの目標回転速度と検出されたモータの実際回転速度の速度偏差に基づいて、目標回転速度を修正した修正目標回転速度を設定する速度処理部と、
   修正目標回転速度に応じた第１パルス幅のオン信号を、第１キャリア周波数の頻度で繰り返し出力する第１パルス幅変調回路と、
   修正目標回転速度に応じた第１パルス幅と異なる第２パルス幅のオン信号を、第１キャリア周波数よりも低い第２キャリア周波数の頻度で繰り返し出力する第２パルス幅変調回路と、
   第１パルス幅変調回路が出力するオン信号列と、第２パルス幅変調回路が出力するオン信号列を入力し、それらの論理積である第３のオン信号列を出力する論理積回路と、
   論理積回路が出力する第３のオン信号列に同期して、モータに電圧を断続的に印加する電圧印加回路とを備え、
   前記速度処理部は、前記第２キャリア周波数と同期するタイミングで検出された実際回転速度を用いて、前記修正目標回転速度を設定することを特徴とするモータ制御回路。
3. 前記速度処理部は、先に設定した修正目標回転速度に応じて、前記速度偏差に対する目標回転速度の修正量を変更することを特徴とする請求項１又は２に記載のモータ制御装置。
4. モータの回転速度を目標回転速度に調節するモータ制御装置であって、
   指示されたモータの目標回転速度と検出されたモータの実際回転速度の速度偏差に基づいて、目標回転速度を修正した修正目標回転速度を設定する速度処理部と、
   修正目標回転速度に応じた第１パルス幅のオン信号を、第１キャリア周波数の頻度で繰り返し出力する第１パルス幅変調回路と、
   修正目標回転速度に応じた第１パルス幅と異なる第２パルス幅のオン信号を、第１キャリア周波数よりも低い第２キャリア周波数の頻度で繰り返し出力する第２パルス幅変調回路と、
   第１パルス幅変調回路が出力するオン信号列と、第２パルス幅変調回路が出力するオン信号列を入力し、それらの論理積である第３のオン信号列を出力する論理積回路と、
   論理積回路が出力する第３のオン信号列に同期して、モータに電圧を断続的に印加する電圧印加回路とを備え、
   前記第２パルス幅変調回路は、前記修正目標回転速度が所定の閾値速度未満であれば修正目標回転速度に比例するパルス幅のオン信号を出力し、前記修正目標回転速度が前記閾値速度以上であればオン信号を常に出力し、
   前記速度処理部は、前記速度偏差に対する目標回転速度の修正量を、先に設定した修正目標回転速度が前記閾値速度未満の時には大きくし、先に設定した修正目標回転速度が前記所定回転速度以上の時には小さくすることを特徴とするモータ制御装置。
5. モータと、
   そのモータの回転速度を目標回転速度に調節する請求項１から４のいずれか一項に記載のモータ制御装置と、
   を備える電動工具。

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